ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИИ СТРУКТУРЫ ДВУХФАЗНОГО ТИТАНОВОГО СПЛАВА В ПРОЦЕССЕ ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Исследовано поведение двухфазного титанового сплава Ti–3,5Fe–4Cu–0,2B в процессе термодеформационной обработки на одноосное сжатие. Бор вводили для получения в литом состоянии мелкозернистой структуры. Образцы сплавов диаметром 6 мм получали путем сплавления чистых компонентов в вакуумной индукционной печи и последующей ускоренной кристаллизации в массивной медной изложнице. Испытания на одноосное сжатие с истинной деформацией 0,9 проводили на комплексе физического моделирования термомеханических процессов «Gleeble 3800» при температурах 750, 800 и 900 °С и скоростях деформации 0,1; 1 и 10 с–1. Микроструктуру сплава в исходном и деформированном состояниях изучали с помощью сканирующей электронной микроскопии. В результате испытаний построена модель зависимости напряжения течения от температуры и скорости деформации. Показано, что в процессе обработки давлением происходит рекристаллизация исходной литой структуры, содержащей твердые растворы на основе α-Ti, β-Ti и колонии диборида титана. В процессе деформации с повышением температуры объемная доля зерен твердого раствора на основе α-титана уменьшается, а доля β-фазы, наоборот, возрастает. При этом средний размер зерен твердых растворов на основе α-Ti и β-Ti меняется незначительно после деформации почти по всем исследованным режимам. Показано, что предпочтительным режимом горячей обработки давлением для получения высокого комплекса механических свойств в изучаемом сплаве является диапазон температур 750–800 °С, так как размер зерен α-фазы увеличивается с 2,2 до 4,5 мкм при повышении температуры до 900 °С.

двухфазный титановый сплав, реологическая модель, микроструктура

1. Ильин А.А., Колачев Б.А., Полькин И.С. Титановые сплавы. Состав, структура, свойства. М.: ВИЛС— МАТИ, 2009.

2. Cui C., Hu B., Zhao L., Liu S. Titanium alloy production technology, market prospects and industry development. Mater. Design. 2011. Vol. 32. No. 3. P. 1684—1691. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2010.09.011.

3. Hayama A.O.F., Lopes J.F.S.C., da Silva M.J.G., Abreu H.F.G., Caram R. Crystallographic texture evolution in Ti—35Nb alloy deformed by cold rolling. Mater. Design. 2014. Vol. 60. P. 653—660. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2014.04.024.

4. Li C., Chen J. H., Wu X., Zwaag S. A comparative study of the microstructure and mechanical properties of α + β titanium alloys. Met. Sci. Heat Treat. 2014. Vol. 56. No. 7—8. P. 374—380. https://doi.org/10.1007/s11041- 014-9765-2.

5. Lu J., Ge P., Li Q., Zhang W., Huo W., Hu J., Zhang Y., Zhao Y. Effect of microstructure characteristic on mechanical properties and corrosion behavior of new high strength Ti-1300 beta titanium alloy. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 727. P. 1126—1135. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.239.

6. Li Y.-H., Chen N., Cui H.-T., Wang F. Fabrication and characterization of porous Ti—10Cu alloy for biomedical application. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 723. P. 967—973. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.321.

7. Shi X., Zeng W., Long Y., Zhu Y. Microstructure evolution and mechanical properties of near-α Ti—8Al—1Mo—1V alloy at different solution temperatures and cooling. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 727. P. 555—564. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.08.165.

8. Chuvil’deev V.N., Kopylov V.I., Nokhrin A.V., Tryaev P.V., Kozlova N.A., Tabachkova N.Yu., Lopatin Yu.G., Ershova А.V., Mikhaylov А.S., Gryaznov М.Yu., Chegurov M.K. Study of mechanical properties and corrosive resistance of ultrafine-grained α-titanium alloy Ti—5Al—2V. J. Alloys Compd. 2017. Vol. 723. P. 354—367. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.06.220.

9. Zhao G.-H., Ketov S.V., Jiang J., Mao H., Borgenstam A., Louzguine-Luzgin D.V. New beta-type Ti—Fe—Sn—Nb alloys with superior mechanical strength. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 705. P. 348—351. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.08.060.

10. Nochovnaya N.A., Khorev A.I., Yakovlev A.L. Perspectives of alloying titanium alloys with rare earth elements. Met. Sci. Heat Treat. 2013. Vol. 55. No. 7—8. P. 415—418. https://doi.org/10.1007/s11041-013-9646-0.

11. Popov A.A., Leder M.O., Popova M.A., Rossina N.G., Narygina I.V. Effect of alloying on precipitation of intermetallic phases in heat-resistant titanium alloys. Phys. Met. Metallogr. 2015. Vol. 116. No. 3. P. 261—266. https://doi.org/10.1134/S0031918X15030102.

12. Gaisin R.A., Imayev V.M., Imayev R.M., Gaisina E.R. Microstructure and hot deformation behavior of two-phase boron-modified titanium alloy VT8. Phys. Met. Metallogr. 2013. Vol. 114. No. 4. P. 339—347. https://doi.org/10.1134/S0031918X13040042.

13. Zadorozhnyy V.Yu., Shchetinin I.V., Zheleznyi M.V., Chirikov N.V., Wada T., Kat H., Louzguine-Luzgin D.V. Investigation of structure—mechanical properties relations of dual-axially forged Ti-based low-alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2015. Vol. 632. P. 88—95. https://doi.org/10.1016/j.msea.2015.02.065.

14. Zadorozhnyy V.Yu., Inoue A., Louzguine-Luzgin D.V. Investigation of the structure and mechanical properties of as-cast Ti—Cu-based alloys. Mater. Sci. Eng. A. 2013. Vol. 573. P. 175—182. https://doi.org/10.1016/j.msea.2013.02.031.

15. Zadorozhnyy V.Yu., Kozak D.S., Shi X., Wada T., Louzguine-Luzgin D.V., Kato H. Mechanical properties, electrochemical behavior and biocompatibility of the Ti-based low-alloys containing a minor fraction of noble metals. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 732. P. 915—921. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.10.231.

16. Zadorozhnyy V.Yu., Shchetinin I.V., Chirikov N.V., Louzguine-Luzgin D.V. Tensile properties of a dual-axial forged Ti—Fe—Cu alloy containing boron. Mater. Sci. Eng. A. 2014. Vol. 614. P. 238—242. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.07.017.

17. Zadorozhnyy V.Yu., Inoue A., Louzguine-Luzgin D.V. Tibased nanostructured low-alloy with high strength and ductility. Mater. Sci. Eng. A. 2012. Vol. 551. P. 82—86. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.04.097.

18. Churyumov A.Yu., Khomutov M.G., Tsar’kov A.A., Pozdnyakov A.V., Solonin A.N., Efimov V.M., Mukhanov E.L. Study of the structure and mechanical properties of corrosion-resistant steel with a high concentration of boron at elevated temperatures. Phys. Met. Metallogr. 2014. Vol. 115. P. 809—813. https://doi.org/10.1134/S0031918X14080031.

19. Sellars C.M., McTegart W.J. On the mechanism of hot deformation. Аcta Metall. 1966. Vol. 14. P. 1136—1138. https://doi.org/10.1016/0001-6160(66)90207-0.

20. Gale W.F., Totemeier T.C. Smithells metals reference book. 8-th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2004.

21. Perez R.A., Nakajima H., Dyment F. Diffusion in α-Ti and Zr. Mater. Trans. 2003. Vol. 44. No. 1. P. 2—13. https://doi.org/10.2320/matertrans.44.2.

22. Neumann G., Tuijn C. Self-diffusion and impurity diffusion in pure metals: Handbook. Amsterdam: Elsevier, 2009.

23. Аношкин Н.Ф. (ред.) Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов. М.: Металлургия, 1980.